用激光熔覆技术修复螺杆压缩机转子

1、用激光熔覆技术修复螺杆压缩机转子                摘要 螺杆压缩机转子，因介质冲刷、腐蚀、磨损后无法使用。采用激光熔覆技术，成功修复转子形面。激光熔覆后材料表面改性，对提高转子的耐腐蚀、冲刷和耐磨损十分有利。    关键词 激光熔覆 再造 材料表面改性    中图分类号TG665  文献标识码B     氧化铝生产中，用于烧

2、结法、混联法工艺中的氧化铝碳酸分解输送CO2的工艺螺杆压缩机，使用中CO2和H2O形成的碳酸和氧化钙等物质，对转子造成腐蚀、冲刷和磨损危害。一般的碳钢转子使用半年，阴、阳转子啮合间隙达到810mm（设计要求间隙0.550.6mm )，导致螺杆压缩机转子报废。采用激光熔覆技术，对螺杆阴、阳转子形面和密封线修复，在转子表面采用复合功能材料激光熔覆，复合一层比原基体（碳钢）更耐腐蚀、耐磨损的材料。该项技术的应用，能实现对轴类、杆件、叶片等受损件的修复，具有极大应用价值。    一、设备状况    1设备参数   

3、; 螺杆压缩机型号MLG63-386/1.9，设计流量386m3/min，电机功率1000kW，介质CO2（含杂质颗粒），转数2980r/min，转子材料为碳钢，工作温度180，出口压力0.19MPa，转子单件重量1.6t。    2损伤状况    螺杆压缩机阴、阳转子工作面进气端因冲刷腐蚀、磨损，最深处18mm，最浅处5mm，非工作面磨损26mm。阴、阳转子端面、形面、密封线全部磨损，轴承、密封等8个轴颈处也都磨损，磨损量在0.051 mm，完全处于报废状态。    二、解决方案  

4、  采用激光熔覆技术修复，该技术是利用激光束聚焦能量极高的特点，在瞬间将零件基体表面微熔，同时使损伤表面预置的熔覆表层与基体材料相同或相近的金属合金熔化，获得与基体成为冶金结合的致密覆层组织，达到恢复工件原设计尺寸，提高再建区域性能的目的。解决了振动焊、氢弧焊、喷涂、镀层等传统修理方法无法解决的材料选用局限性、工艺过程热应力、热变形、材料晶粒粗大、基体材料结合强度难以保证的矛盾。使其显现五大优异特点。    1激光熔覆层与基体形成冶金结合，强度与原基体强度相近。    2基体材料在激光加工过程中仅表面微熔，微熔层仅为0.05

5、0.1 mm，基体受热影响区域极小，一般仅为0.10.2mm。    3熔覆层与基体均无粗大的铸造组织，熔覆层及其界面组织致密，晶粒细小，无孔洞、无夹渣、无裂纹等缺陷。    4激光加工过程中工件本体温升不超过80，加工中热应力、热变形小。    5激光熔覆工艺能实现由底层、中间层及面层组成的各具特点的梯度功能材料的熔覆加工。底层具有与基体浸润性好，结合强度高等特点；中间层具有一定强度和硬度，抗裂性好等优点；面层具有好的耐蚀性、耐磨性，使被修复工件的安全性及使用性能更加有保障。  &#

6、160; 三、激光熔覆的实施    1入厂检测、清洗    对转子表面清污除锈处理，检测转子几何尺寸、形位公差并进行无损探伤，在专用检验工装上检测阴、阳螺杆转子的实际啮合总间隙、单面间隙、转子的轴向间隙（进口侧间隙和排口侧间隙）的定位尺寸和基准，并详细记录。    对阴、阳转子的跳动值和同步齿轮轴径、支撑轴径、密封轴径尺寸进行检测记录。特别是阳转子凹槽的尺寸和密封线凹槽的尺寸及定位，凹槽根部圆角的大小。    2原形线的测量和原始数据收集   

7、转子的齿面与转子轴线垂直面的截交线称为转子形线，其要素有接触线、泄漏三角形、封闭容积和齿间面积等。所以，转子形线对螺杆压缩机的性能有重大影响，决定了螺杆压缩机的性能好坏。    转子形线坐标数值的测量，可利用SCCAD螺杆压缩机设计计算软件，在四坐标数控加工中心上对该机转子形线、端面形线、啮合线进行测量和数据记录，并与在新转子上采取的形线样板和测量的原始数据对比，用计算机进行模拟确定形线尺寸。    3待熔覆表面预处理    对阴阳转子本体表面腐蚀疲劳层、螺旋形面及端面腐蚀部分进行清理打磨处理，清除疲劳层

8、根据尺寸和轴径表面损伤情况，对阴阳转子支撑轴径、同步齿轮轴径、密封轴径进行粗车加工。全面无损探伤检查及熔覆前的表面洁净处理。    4激光熔覆专用材料配置    对转子进行化学成分分析，结果（质量分数）见表1。    根据机转子的实际工况，配置专用激光熔覆金属粉料。合金粉料与转子原材料相比，具有优异的抗氧化性、耐腐蚀性、耐磨性、组织稳定性熔覆后具有满足工件使用要求的机械性能，与基体材料有较好的结合强度和理想的金相组织。激光熔覆后的力学性能比较见表2，金相组织见图1。    5

9、激光熔覆工艺参数确定及熔覆加工    根据上述确定的转子待加工尺寸、专用的激光熔覆金属粉料，制定熔覆工艺参数。每层熔覆厚度为0.6mm，熔覆功率1.8kW，激光光斑直径2.5mm，扫描速度12mm/s，熔覆到要求尺寸并留有足够的后续机械加工余量，全程监控抽检质量。    熔覆加工见图2、图3。                    6机械加工

10、60;   由于螺杆压缩机的转子齿面主要用于压缩气体，而不同于一般用于传输动力的齿轮。主要区别表现在为获得高的气密性，转子形线由多段曲线组成，并且其螺旋齿的齿数少、螺旋角大、质量要求严格。    采用球形铣刀代替传统的专用铣刀，把计算出的形线坐标值，输入四坐标数控机床，编写好加工程序，实现转子形线、转子螺旋形面顶部密封线的加工。阴阳转子两侧端面密封环和形面顶部，进行车削加工。对阴阳转子各轴径，进行车磨加工在专用工装架上进行阴阳转子螺旋形面的对研和抛光，确保阴阳转子的工作面与工作面、非工作面与非工作面的间隙分别达到0.350.4mm。中心距误差限

11、制在mm。检查阴转子螺旋形面顶部和阳转子螺旋形面凹槽平面的间隙，确定凹槽平面的修复量。    修复后的转子见图4。    7转子检测    转子机械加工完成后，再次对转子进行几何尺寸、形位公差、无损探伤检测，并在专用检验工装上调整阴、阳螺杆转子的间隙，并作啮合标记，同时调整同步齿轮的间隙。在型面检测完成后对螺杆转子进行抛光处理。    修复后轴径处硬度220250HB，形面处270-300HB。阴阳转子径向轴承间隙为0.180.23mm，同步齿轮联轴节与轴配合应保证过盈0.0

12、250.03mm。转子的啮合总间隙：0.70.9mm，单面间隙：0.350.4mm。转子的轴向间隙：进口侧间隙1.021.24mm，排口侧间隙0.260.28mm，推力环间隙0.150.18mm，转子与壳体的间隙0.250.31mm同步齿轮（板隙）0.050.07mm。    8低速动平衡    分别进行低速动平衡，在转子进气端打孔去重校验到标准动平衡精度G2.5级。为防止以后运行过程中，粉尘再次进入去重孔破坏低速动平衡，在动平衡时把孔封死。    四、转子修复前、后综合效益  

13、60; 1修复后转子与购买不锈钢转子比较：修复的转子表面为216mm的金相组织致密的不锈钢材料，修复费用只需28万元，而购买一付不锈钢转子需150万元，同时修复的转子与不锈钢转子具有同等使用寿命。    2转子修复前、后的检修费用比较：未修复的转子每年每台车平均检修清理8次，每次需人工费1.8万元。修复后的转子间隙小，表面光洁不易沾污垢，减少r清理次数，每年只须检修清理一次，每年可节约检修费用12.6万元。    3该项目每年可创直接经济效益： 122+12.6=134.6万元    4由于修复后转子与新转子的设i十要求相同，提高了设备工作效率，每天可多做碳分0.5槽计算折合氧化铝6t，按目前氧化铝价格